Hogyan találjuk meg a súrlódási együtthatót: kísérleti módszerek

2024 Szerző: Angel Austin | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-02 17:48

A súrlódás az a fizikai folyamat, amely nélkül világunkban maga a mozgás sem létezhetne. A fizikában a súrlódási erő abszolút értékének kiszámításához ismerni kell egy speciális együtthatót a szóban forgó súrlódási felületekre. Hogyan találjuk meg a súrlódási együtthatót? Ez a cikk választ ad erre a kérdésre.

Súrlódás a fizikában

Mielőtt válaszolna arra a kérdésre, hogy hogyan találjuk meg a súrlódási együtthatót, meg kell fontolni, hogy mi az a súrlódás, és milyen erő jellemzi.

A fizikában ennek a folyamatnak három típusa van, amely szilárd tárgyak között megy végbe. Ez a pihenés, csúszás és gurulás súrlódása. Súrlódás mindig akkor lép fel, amikor egy külső erő megpróbál elmozdítani egy tárgyat. A csúszósúrlódás, ahogy a neve is sugallja, akkor lép fel, amikor az egyik felület átcsúszik a másikon. Végül gördülési súrlódás lép fel, amikor egy kerek tárgy (kerék, golyó) elgurul valamilyen felületen.

Minden típusban az a közös, hogy megakadályoznak bárkitmozgás és erők alkalmazási pontja két tárgy felülete közötti érintkezési területen van. Ezenkívül ezek a típusok a mechanikai energiát hővé alakítják.

A csúszási és statikus súrlódási erőket a súrlódó felületek mikroszkopikus érdességei okozzák. Ezen túlmenően ezek a típusok a dipól-dipól és az atomok és molekulák közötti más típusú kölcsönhatások következményei, amelyek dörzsölő testeket alkotnak.

A gördülési súrlódás oka a rugalmas alakváltozás hiszteréziséhez kapcsolódik, amely a gördülő tárgy és a felület érintkezési pontján jelenik meg.

Súrlódási erő és súrlódási tényező

A szilárd súrlódási erők mindhárom típusát azonos formájú kifejezések írják le. Íme, ő:

F_t=µ_tN.

Itt N a test felületére merőlegesen ható erő. Ezt hívják támogató reakciónak. A µ_{t- értéket a megfelelő típusú súrlódási együtthatónak nevezzük.}

A csúszási és nyugalmi súrlódási együtthatók dimenzió nélküli mennyiségek. Ez megérthető a súrlódási erő és a súrlódási együttható egyenlőségével. Az egyenlet bal oldalát newtonban fejezzük ki, a jobb oldalát szintén newtonban fejezzük ki, mivel N egy erő.

Ami a gördülési súrlódást illeti, ennek együtthatója is dimenzió nélküli érték lesz, azonban ez a rugalmas alakváltozás lineáris jellemzőjének a gördülő tárgy sugarához viszonyított aránya.

El kell mondani, hogy a csúszási és nyugalmi súrlódási együttható jellemző értékei az egység tizedei. A súrlódáshozgördülve ez az együttható az egység század- és ezredrészének felel meg.

Hogyan találjuk meg a súrlódási együtthatót?

Együttható µ_{t számos olyan tényezőtől függ, amelyeket matematikailag nehéz figyelembe venni. Felsorolunk néhányat közülük:}

• dörzsölő felületek anyaga;
• felületminőség;
• szennyeződés, víz és így tovább;
• felszíni hőmérséklet.

Ezért nincs képlet a µ_t-ra, és kísérletileg kell mérni. A súrlódási együttható meghatározásának megértéséhez az F_{t képletből kell kifejezni. Nálunk:}

µ_t =F_t/N.

Kiderült, hogy µ_{t meg kell találni a súrlódási erőt és a támogató reakciót.}

A megfelelő kísérletet a következőképpen hajtjuk végre:

1. Vegyünk egy testet és egy síkot, például fából.
2. Rögzítse a fékpadot a testhez, és egyenletesen mozgassa a felületen.

Ugyanakkor a próbapad némi erőt mutat, ami egyenlő F_{t. A talajreakció egyenlő a test súlyával vízszintes felületen.}

A leírt módszer lehetővé teszi, hogy megértse, mi a statikus és csúszósúrlódási együttható. Hasonlóképpen kísérletileg meghatározhatja a µ_trolling.

Egy másik kísérleti módszer a µ_{t meghatározására a következő bekezdésben található feladat formájában.}

Probléma a µt kiszámításakor

A fa gerenda az üvegfelületen van. A felület finom megdöntésével azt találtuk, hogy a gerenda csúszása 15o dőlésszögnél kezdődik. Mekkora a fa-üveg pár statikus súrlódási együtthatója?

Amikor a gerenda ferde síkon volt 15o, akkor a rá vonatkozó nyugalmi súrlódási erő maximális értéke volt. Ez egyenlő:

F_t=mgsin(α).

Az N erőt a következő képlet határozza meg:

N=mgcos(α).

A µ_{t képletét alkalmazva a következőt kapjuk:}

µ_t=F_{t/N=mgsin(α)/(mgcos(α))=tg(α).}

Az α szöget behelyettesítve a válaszhoz jutunk: µ_{t=0, 27.}